Los servicios públicos y las plantas industriales dependen de energía de respaldo confiable y resistente en caso de un corte de la red. La tecnología de baterías es un eslabón crucial en la cadena, ya que actúa como fuente principal de almacenamiento y liberación de energía para sistemas de alimentación ininterrumpida y para otras aplicaciones. Las baterías de plomo puro, como el plomo puro de placa delgada (tppl), se han convertido en una tecnología probada para instalaciones esenciales, pero deben dimensionarse y mantenerse correctamente. Esta guía electrónica explica las ventajas de las baterías tppl para aplicaciones industriales y de servicios públicos y proporciona un enfoque de mejores prácticas para implementar dichas soluciones para maximizar la disponibilidad y reducir los costos a lo largo de la vida útil.
CÓMO LA MODERNA TECNOLOGÍA DE BATERÍA DE PLOMO PURO DE PLACA DELGADA PROPORCIONA LA CLAVE
INTRODUCCIÓN
Las baterías son vitales para el suministro flexible de energía dentro de las plantas industriales y de servicios públicos.
En las subestaciones eléctricas, por ejemplo, las baterías proporcionan un respaldo crítico como parte de un sistema de alimentación ininterrumpida (UPS) en caso de falla de la red, lo que garantiza el funcionamiento continuo del equipo. También podrían utilizarse para otras actividades, como la nivelación de la carga y la reducción de picos, y para integrar energías renovables procedentes de fuentes impredecibles, como los parques eólicos.
Mientras tanto, las baterías también se utilizan en una amplia gama de aplicaciones en plantas de fabricación de todo el mundo. Potencialmente, pueden proporcionar un medio altamente efectivo de almacenamiento de energía para la reducción de la demanda máxima durante las horas pico, lo que reduce los costos de electricidad.
En resumen, las baterías se consideran una tecnología probada y fiable que puede proporcionar energía flexible, fiable y sostenible bajo demanda tanto en servicios públicos como en aplicaciones industriales. La investigación muestra que el mercado de baterías para aplicaciones como los servicios públicos y la industria se valoró en $ 21.2 mil millones en 2023 y se espera que alcance los $ 34.7 mil millones para 2029 , a una tasa de crecimiento compuesto anual del 10.3%. Las baterías son un gran negocio y lo seguirán siendo a medida que los usuarios finales industriales y de servicios públicos busquen cada vez más electrificar sus operaciones.
Esta guía electrónica proporciona una explicación oportuna de las ventajas de las baterías para aplicaciones industriales y de servicios públicos, centrándose específicamente en productos químicos de plomo puro bien establecidos, como el plomo puro de placa delgada (TPPL). También proporciona un enfoque de mejores prácticas para implementar dichas baterías en instalaciones industriales y de servicios públicos para lograr la máxima disponibilidad y reducir los costos a lo largo de la vida útil.
LAS BATERÍAS INUNDADAS TIENEN SUS INCONVENIENTES
Históricamente, para los usuarios de baterías que requerían un flotador de reserva, donde se utiliza una carga flotante para mantener constantemente las baterías en un estado de carga completo para que estén listas para responder a cualquier interrupción en el suministro de red, la vida útil de las baterías se consideraba el criterio más importante. Hasta ahora, la mayoría de estas aplicaciones han dependido principalmente del uso de baterías convencionales de plomo-ácido inundado, como las baterías de plomo-ácido ventiladas (VLA). Aunque estas baterías tienen un atractivo en términos de longevidad, algunos inconvenientes son cada vez más evidentes.
En primer lugar, mientras que la densidad de energía requerida se puede lograr dimensionando correctamente las baterías VLA, las baterías TPPL tienen una mayor densidad de energía y proporcionan más energía para el mismo espacio. Esta es una consideración importante para implementaciones cada vez más limitadas de espacio en plantas industriales y de servicios públicos.
En segundo lugar, se requiere ventilación para los tipos de baterías inundadas, lo que puede tener implicaciones de diseño. Las baterías inundadas también requieren un mantenimiento periódico, ya que el electrolito debe recargarse regularmente. Por último, las baterías TPPL aceptan una recarga más rápida que las VLA, lo que resulta útil si se producen más interrupciones en estrecha sucesión.
Por lo tanto, los operadores de plantas industriales y de servicios públicos ahora están buscando otros tipos de baterías industriales que combinen longevidad, densidad de energía y bajo mantenimiento. En consecuencia, las baterías de plomo-ácido reguladas por válvulas (VRLA), en particular las TPPL, están encontrando atractivo en esta categoría.
ENTENDIENDO EL CAMBIO HACIA TPPL
El desarrollo de baterías VRLA ha superado muchas de las limitaciones de VLA. Al incorporar separadores de fibra de vidrio absorbente (AGM) entre sus electrodos, VRLA ha podido mitigar las pérdidas de agua de electrolito (y el esfuerzo de mantenimiento que conlleva). Estas baterías también alcanzan densidades de energía considerablemente más altas que las celdas VLA (inundadas) y tienen requisitos de ventilación mucho más bajos, lo que significa que las baterías pueden instalarse junto a los equipos que alimentan. Las baterías VRLA ya no necesitan mantenerse en posición vertical, sino que se pueden orientar según lo dicte la aplicación. Al eliminarse la posibilidad de derrame de electrolitos, son más fáciles de transportar.
Las baterías iniciales utilizaban rejillas que componían materiales como el plomo-calcio (que todavía se utilizan en algunas aplicaciones en la actualidad). Sin embargo, es importante tener en cuenta que la integridad de la red tanto en las baterías de plomo-calcio como en las de TPPL se deteriora con el tiempo debido a la corrosión. La diferencia clave radica en el mecanismo y la velocidad de corrosión; Las rejillas de plomo-calcio tienden a corroerse más rápido que el TPPL debido a su tamaño de grano e inclusiones.
El advenimiento de la tecnología TPPL ha avanzado con éxito las baterías VRLA significativamente en otros aspectos. El grosor reducido de las placas de las baterías TPPL permite que se agrupen muy juntas, proporcionando una gran superficie reactiva y una baja resistencia interna, lo que a su vez mejora las densidades de potencia. Como resultado, las baterías TPPL se pueden recargar rápidamente y son capaces de proporcionar picos de corriente altos sin ninguna caída de voltaje.
LAS BATERÍAS TPPL SE PUEDEN RECARGAR RÁPIDAMENTE Y SON CAPACES DE PROPORCIONAR PICOS DE CORRIENTE ALTOS SIN NINGUNA CAÍDA DE VOLTAJE, LAS BATERÍAS TPPL TAMPOCO REQUIEREN MANTENIMIENTO.
Las baterías TPPL tampoco requieren mantenimiento. Están equipados con válvulas de alivio de presión que permiten la recombinación de gases y se abren solo cuando la presión interna supera un umbral predeterminado. A diferencia de otros tipos de baterías, las baterías TPPL no tienen tapas o aberturas extraíbles para la adición de agua, ya que no requieren rellenarse con agua, lo que elimina el mantenimiento y ayuda a reducir el consumo de agua. Otra ventaja es la tecnología AGM, que absorbe el electrolito en un separador de esteras de vidrio entre las placas. Este diseño evita que el electrolito se evapore o se derrame, eliminando la necesidad de rellenarlo.
Además, sus emisiones de gases son extremadamente bajas. Tienen un ciclo de vida largo, especialmente cuando se someten a microciclos repetidos de descarga seguidos de un funcionamiento parcial del estado de carga, en preparación para la próxima interrupción. Las bajas tasas de autodescarga también permiten el almacenamiento de la batería durante períodos prolongados.
CÓMO DIMENSIONAR CORRECTAMENTE LAS SOLUCIONES TPPL
El diseño inherente de las baterías TPPL permite a los usuarios industriales y de servicios públicos seleccionar e instalar una solución que puede ofrecer múltiples beneficios, incluida una vida útil prolongada, una mejor aceptación de carga, alta confiabilidad y construcción robusta, al tiempo que maximiza el tiempo de actividad y reduce el mantenimiento. Esta selección puede hacer la vida mucho más fácil para los ingenieros de mantenimiento y otros miembros del equipo práctico dentro de dichas plantas. La adopción de TPPL puede aumentar la resiliencia, reducir el riesgo, ofrecer mejores costos a lo largo de la vida útil y utilizar mejor los recursos de los equipos de mantenimiento.
Veamos con mayor detalle cómo la adopción de baterías TPPL puede ofrecer beneficios de rendimiento en aplicaciones industriales y de servicios públicos. El primer punto del camino es el dimensionamiento correcto del diseño. Con muchos años de experiencia en baterías, EnerSys cuenta con equipos técnicos altamente competentes y experimentados para ayudar a guiar a los usuarios finales hacia la selección de productos más adecuada. Este enfoque colaborativo garantiza que los sistemas de baterías optimizados tengan el tamaño correcto para sus aplicaciones. Estos equipos de soporte adoptan un enfoque independiente de la tecnología para la especificación de la batería, con una amplia cartera que garantiza que se elija la batería correcta, no cualquier batería.
Además, las herramientas de dimensionamiento de la batería en línea proporcionan un punto de partida informado. Estas herramientas, junto con las calculadoras de huella de carbono y costo total de propiedad (TCO), pueden determinar las mejores opciones de configuración para racks, accesorios y varios diseños de salas. Esto es especialmente importante en plantas industriales y de servicios públicos donde el espacio es limitado y las condiciones ambientales pueden variar considerablemente.
EnerSys tiene una larga trayectoria en los mercados industriales y de servicios públicos, por lo que ha desarrollado un conocimiento general de las tecnologías de baterías. Se alienta a los equipos técnicos a construir relaciones duraderas y trabajar en asociación con los usuarios finales. Esta relación de "asesor de confianza" garantiza que los usuarios finales elijan arquitecturas de batería adecuadas con la configuración adecuada para cualquier implementación.
FACILITANDO LA VIDA DE LOS EQUIPOS DE MANTENIMIENTO
Una vez seleccionadas e instaladas en el campo, las baterías TPPL pueden respaldar actividades de mantenimiento más optimizadas, mejorando la eficiencia de las operaciones generales del sitio. Por lo general, los gerentes de mantenimiento y los operarios son personas ocupadas. Desempeñan un papel práctico extraordinariamente diverso, llevando a cabo inspecciones de rutina y mantenimiento preventivo según diversas estrategias y plazos in situ. Las baterías son solo una parte de una compleja red de tecnologías interconectadas. Y cuando tienen un rendimiento inferior o fallan, se requiere un esfuerzo y recursos que requieren mucho tiempo para volver a estar en línea.
La gestión de la logística de los programas de mantenimiento, especialmente para sistemas a gran escala como centrales eléctricas o plantas de fabricación, puede ser extremadamente difícil. Por lo tanto, el funcionamiento sin mantenimiento de las baterías TPPL es una consideración crítica. Como se mencionó anteriormente, sus características de diseño inherentes significan que no requieren riego regular ni controles de electrolitos, lo que reduce la necesidad de visitas de mantenimiento en el sitio. Esta característica reduce significativamente la frecuencia de los "desplazamientos de camiones" de los contratistas externos al sitio, minimizando la interrupción logística de las operaciones y reduciendo los costos de mantenimiento a largo plazo. De hecho, se estima que TPPL puede ofrecer hasta un 50% de ahorro en los costes de mantenimiento en comparación con las baterías inundadas tradicionales a lo largo de su vida útil, además del beneficio de sostenibilidad asociado creado por la reducción de los "desplazamientos de camiones".
LAS VENTAJAS DE LA VIDA ÚTIL PROBADA EN EL CAMPO
TPPL también proporciona una vida útil más larga probada en el campo que las baterías tradicionales de plomo-calcio. Menos piezas de repuesto pueden equivaler a un TCO mejorado. Por ejemplo, los cambios de las baterías TPPL suelen registrarse a los 8-9 años, en comparación con los 3-5 años de otras tecnologías. Estos factores significan que las baterías TPPL requieren reemplazo con menos frecuencia una vez instaladas, lo que reduce la necesidad de visitas externas al sitio y el tiempo de inactividad asociado. Estas son consideraciones esenciales para los equipos de mantenimiento, cuyos recursos se pueden utilizar mejor en otros lugares.
ESTA INNOVACIÓN EN EL DISEÑO SIGNIFICA QUE LAS BATERÍAS TPPL PUEDEN ALCANZAR NIVELES DE CAPACIDAD MÁS ALTOS Y TIEMPOS DE FUNCIONAMIENTO MÁS LARGOS CON UNIDADES MÁS PEQUEÑAS, INCLUSO A MEDIDA QUE AUMENTAN LAS TASAS DE DESCARGA, LO QUE LAS HACE MÁS EFICIENTES Y DURADERAS QUE LAS BATERÍAS DE PLOMO-ÁCIDO TRADICIONALES.
TPPL ofrece un avance significativo en la tecnología de plomo-ácido VRLA al reducir la corrosión de la red, un problema común que conduce a una reducción de la vida útil y el rendimiento de la batería.
En las baterías de plomo-ácido tradicionales, la rejilla positiva, hecha de plomo o aleaciones de plomo, soporta el material activo positivo (PAM) de la batería y conduce la electricidad. Sin embargo, esta rejilla es propensa a la corrosión debido a su funcionamiento en un entorno de ácido sulfúrico, lo que provoca una pérdida de conductividad y un aumento del volumen de la rejilla a medida que el plomo se convierte en óxidos de plomo menos densos. Esta corrosión reduce la capacidad de la batería para conducir la corriente y provoca el crecimiento físico de la red, lo que puede interrumpir el contacto eléctrico entre el PAM y la red, lo que en última instancia resulta en una falla de la batería. Factores como el voltaje de flotación, la temperatura y, en particular, la pureza del plomo influyen en la velocidad de corrosión, ya que el plomo de alta pureza muestra una tasa de corrosión más lenta que el plomo aleado con elementos como el calcio.
La tecnología TPPL utiliza plomo de alta pureza para la construcción de las rejillas de baterías, lo que ralentiza significativamente el proceso de corrosión y mantiene la integridad y la conductividad de la rejilla a lo largo del tiempo. Esta tecnología permite rejillas más delgadas y, por lo tanto, electrodos más delgados, lo que aumenta la cantidad de electrodos que pueden caber dentro de una celda y mejora el área de superficie reactiva y la eficiencia de la utilización del material activo. Esta innovación en el diseño significa que las baterías TPPL pueden alcanzar niveles de capacidad más altos y tiempos de funcionamiento más largos con unidades más pequeñas, incluso a medida que aumentan las tasas de descarga, lo que las hace más eficientes y duraderas que las baterías de plomo-ácido tradicionales que dependen de rejillas más gruesas para compensar la rápida corrosión.
RECARGA RÁPIDA PARA OPERACIONES RESILIENTES
TPPL también ofrece otras ventajas de rendimiento técnico, lo que resulta en operaciones más eficientes dentro de plantas industriales y de servicios públicos. Por ejemplo, suelen tener una aceptación de carga superior a la de las baterías de plomo-ácido tradicionales. Pueden recargarse de manera más eficiente y efectiva, lo que garantiza que las baterías estén listas para entregar energía sin tiempos de carga prolongados ni una presión excesiva en los sistemas de carga.
Con una mayor superficie reactiva disponible, TPPL ofrece la oportunidad de reducir el tiempo de recarga de una batería UPS después de un evento de descarga (siempre que se disponga de una corriente de recarga adecuada). Los productos TPPL, como la serie de baterías PowerSafe® SBS, no requieren limitación de corriente, siempre que el voltaje de carga esté adecuadamente regulado. Las baterías con tecnología TPPL aceptarán fácilmente 1C (100A para una batería de 100Ahr) hasta que se acerque al 80 al 85% del estado de carga (SoC) mientras mantiene un nivel muy alto de eficiencia energética. Eso significa que la batería puede alcanzar el 80% del SoC en unos 50 minutos después de una descarga completa (y el 100% del SoC en menos de 2,5 horas). En la condición más típica de descarga inferior a la completa, los tiempos de recarga esperados serán más cortos.
Mientras tanto, las baterías TPPL también son muy eficientes en la carga flotante debido a la menor resistencia interna. El funcionamiento a una corriente de flotación más baja que las baterías de plomo-ácido convencionales reduce el consumo de electricidad, lo que reduce las emisiones de alcance 2 para el usuario final.
MATERIALES Y TÉCNICAS DE CONSTRUCCIÓN ROBUSTOS
Las baterías TPPL también están construidas con materiales duraderos y técnicas de fabricación avanzadas, lo que las hace altamente resistentes a los daños mecánicos y a los factores estresantes del medio ambiente. Esta construcción robusta garantiza que las baterías puedan soportar condiciones de funcionamiento adversas sin comprometer el rendimiento, lo que reduce la probabilidad de fallos prematuros y la necesidad de actividades de mantenimiento no programadas.
Gran parte de la solidez proviene de un largo historial de implementación en entornos operativos hostiles, incluidas aplicaciones militares, que han dado lugar a una serie de mejoras técnicas. Se reforzaron los terminales y se utilizó un papel AGM más duradero entre las placas. Muchas de las ideas se aplicaron en el mercado de energía de reserva y se utilizan hoy en día para mejorar la vida útil y el rendimiento de las baterías TPPL, lo que las hace altamente resistentes a factores como golpes y vibraciones.
Además, en algunas partes del mundo, como los EE. UU., se espera que las baterías TPPL proporcionen energía confiable durante eventos sísmicos. Por lo tanto, las pruebas sísmicas según estándares como IEEE 693 se realizan para cumplir con las recomendaciones de diseño sísmico para aplicaciones de usuario final, como subestaciones. Las pruebas sísmicas han informado ciertos cambios de diseño a lo largo de los años en componentes como las orejetas utilizadas en las baterías para proporcionar un punto de conexión seguro para conectar cables o alambres. En un mundo afectado por el cambio climático y los fenómenos meteorológicos extremos, EnerSys está comprometida con la evolución continua de los productos para garantizar que las baterías sigan siendo adecuadas para su uso.
ENERSYS: SU SOCIO EN ENERGÍA DE BATERÍA
En conclusión, las baterías de plomo puro, como la TPPL, proporcionan una opción fiable y sostenible para las centrales eléctricas y de servicios públicos. Para los gerentes de mantenimiento y operarios que buscan garantizar el tiempo de actividad, a menudo en entornos desafiantes, los beneficios incluyen:
- Alta confiabilidad
- Recarga rápida
- Amplio rango de temperatura
- Huella reducida
- Libre de mantenimiento
- Corriente de flotación más baja para ahorrar energía
EnerSys tiene alrededor de 50 años de experiencia en el desarrollo de baterías de plomo puro como TPPL. Ofrece una amplia cartera de sistemas de baterías robustos, escalables y de bajo mantenimiento que proporcionan la energía del tamaño adecuado para los mercados industriales y de servicios públicos, independientemente de la aplicación. Los productos se fabrican en instalaciones de primera clase en los EE. UU. y Europa con los más altos estándares, respaldados por una atención posventa de primera calidad. En última instancia, estas soluciones proporcionan energía fiable y sostenible en fábricas y centrales eléctricas, maximizando el tiempo de actividad y reduciendo los costes a lo largo de la vida útil.
